基于PLC的纺织企业空调系统节能研究

【摘要】：当前能源问题是制约现代经济社会发展的主要因素，随着能源形势的不断紧张，节能降耗、缓解能源危机成为实现经济可持续发展的战略目标。长期以来我国纺织空调系统的设备陈旧、能耗量大，系统的自动化控制程度较差；目前仍有很多企业纺织空调采用人工控制的方式，且大量的采用阀门、挡板等设备，生产效率低并造成大量的能源浪费。因此纺织空调自动控制系统高效节能的研究，对降低系统的能耗和提高生产效率具有重要意义。 传统的空调控制系统很难的满足车间生产对温湿度的要求。随着各类自动化控制技术的发展和进步，企业为了能够改善生产环境、节能降耗、提高系统的自动控制能力和生产效率，不断的采用新设备、新技术，但在使用的过程中效果不理想。本文针对纺织空调系统存在的问题，对纺织空调系统的设备、控制方案等进行分析，总结出纺织空调控制系统节能的必要性和可行性，以及系统改造时可采取的措施。 对纺织空调的节能控制系统方案进行研究，研究设计了车间单系统控制和厂级局域网络控制方案。控制系统以PLC作为主控制器，通过对现场的传感器等各类数据采集设备的反馈信号进行处理，做出相应的控制指令对各设备进行实时控制。对系统能耗量大的风机、水泵等采用变频调速控制方式，利用变频器控制转速在满足生产需求的同时达到节能降耗的目的。工控室上位机与PLC连接，显示工艺流程的各设备运行状态和参数，便于实现调节和控制，对整个系统实现集中自动化控制。 针对纺织空调系统的自动化控制精度低，不能实时的跟踪和快速做出调节等问题，对系统的节能控制方式和控制算法进行了研究。建立系统温湿度控制的数学模型，在系统的控制中引入模糊控制技术，并结合PID控制算法，针对纺织空调系统的特点设计模糊PID控制器，对系统的温湿度进行精确调节。 纺织空调系统是一个多输入多输出、耦合性强、迟滞性大的非线性复杂控制系统。采用模糊理论进行研究不需要建立准确的数学模型，PID控制技术成熟且控制精度高，两者结合使之各自优势充分体现，避免了各自的不足之处。在Matlab/Simulink环境下对本文中设计的纺织空调温湿度控制模型进行仿真，结果表明自适应模糊PID控制器具有很好的控制效果，与传统的PID控制相比较，系统的超调量小，响应速度快，稳态误差小，抗干扰能力强，提高了系统的稳定性。 【关键词】：纺织空调 PLC 节能 PID算法 模糊控制
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU831.3;TP273
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题的背景与研究意义8-9
• 1.1.1 课题背景8
• 1.1.2 课题研究的意义8-9
• 1.2 技术的发展及应用现状9-10
• 1.3 研究的主要内容10-12
• 2 纺织空调系统的相关分析12-20
• 2.1 纺织空调与生产的关系12-14
• 2.1.1 温湿度对纺织纤维性能的影响12-13
• 2.1.2 温湿度对主要纺织工艺的影响13-14
• 2.2 纺织工艺空调系统简介14-18
• 2.2.1 纺织空调系统设备组成14-16
• 2.2.2 纺织空调系统的类型16-17
• 2.2.3 空气处理过程17-18
• 2.3 纺织空调运行特点及存在的问题18-20
• 2.3.1 纺织空调运行特点18
• 2.3.2 纺织空调系统存在的问题18-20
• 3 纺织空调系统节能研究20-30
• 3.1 纺织空调系统的能耗分析20-22
• 3.1.1 纺织空调中风机、水泵的运行特性20-21
• 3.1.2 纺织空调中风机、水泵的电耗分析21-22
• 3.2 纺织空调的变频调速应用22-26
• 3.2.1 变频调速技术的原理22-24
• 3.2.2 风机、水泵的变频调速节能分析24-25
• 3.2.3 风机风量调节方式及节能比较25-26
• 3.3 纺织空调系统的节能措施26-30
• 3.3.1 减少系统动力能耗27
• 3.3.2 采用新技术和新设备27-28
• 3.3.3 设定合理得温湿度标准28-30
• 4 纺织空调节能自动控制研究30-46
• 4.1 现代工业自动化控制系统30-37
• 4.1.1 工业自动控制中 PLC 控制技术31-32
• 4.1.2 PLC 的工作原理、应用及特点32-37
• 4.2 纺织空调节能自动控制系统设计37-41
• 4.2.1 系统设计的基本原则37
• 4.2.2 系统的自动控制方案37-40
• 4.2.3 纺织空调系统中的数据采集40-41
• 4.3 纺织空调控制系统主要硬件选用41-43
• 4.3.1 PLC 的选用及要求41-42
• 4.3.2 纺织空调中变频器的选用原则42-43
• 4.4 纺织空调系统的软件方案原理43-46
• 4.4.1 相对湿度调节原理44
• 4.4.2 温度调节原理44-46
• 5 纺织空调系统节能控制算法的研究46-60
• 5.1 纺织空调自动控制系统的原理46
• 5.2 纺织空调系统控制的数学描述46-50
• 5.2.1 车间温度控制数学描述47-48
• 5.2.2 车间相对湿度控制数学描述48-50
• 5.3 常规 PID 控制算法50-53
• 5.3.1 PID 控制的基本原理50-52
• 5.3.2 PID 各环节对性能的影响52
• 5.3.3 设定 PID 控制器参数52-53
• 5.4 模糊控制技术53-56
• 5.4.1 模糊控制系统组成53-55
• 5.4.2 模糊控制器及工作原理55-56
• 5.5 模糊 PID 控制56-60
• 5.5.1 PID 控制与模糊控制的不同56-57
• 5.5.2 模糊 PID 控制器结构的设计57-60
• 6 纺织空调中模糊 PID 控制的应用60-72
• 6.1 纺织空调模糊 PID 控制器的设计60-67
• 6.1.1 变量的模糊化及隶属度函数的确定60-63
• 6.1.2 模糊控制规则的建立63-67
• 6.1.3 输出模糊变量的清晰化67
• 6.2 模糊 PID 控制器应用的仿真研究67-72
• 6.2.1 各模块及系统仿真模型的建立67-69
• 6.2.2 仿真结果分析69-72
• 7 总结与展望72-74
• 7.1 总结72
• 7.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 攻读学位期间发表的学术论文目录78-81
• 致谢81

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